На том же LHC пытаются получить не только бозон Хиггса. Помимо четырех основных детекторов есть всевозможные отводы для технологических нужд, для рассевания на мишени, в том числе для получения нейтрино. Физики работают и на LHC, и на SPS (бустерный синхротрон). Например, с SPS берут протоны, рассевают их на мишени и получают антипротоны, потом антипротоны вместо того, чтобы ускорять, наоборот, тормозят, а торможение равносильно охлаждению. Недавно вышла статья о том, что они охладили антипротоны до нескольких градусов Кельвина. Потом из них получают, например, антиводород, и исследуют это антивещество.
- А так раньше делали?
- Делали, в том же "Фермилабе", но это настолько трудоемкая и денежноемкая работа, что сказка, рассказанная Дэном Брауном в "Ангелах и демонах" - это, конечно, неправда. Я буквально неделю назад разговаривал с русским физиком, который ответственен за такой эксперимент в CERN. Он говорит, что для того, чтобы получить один грамм этого вещества, нужно работать несколько миллионов лет. То антивещество, которое они сейчас получают, в случае аннигиляции способно разогреть воду объёмом полстакана, а никак не взорвать Ватикан.
- Ускорители России: каких результатов можно достичь на низких энергиях?
- Физика высоких энергий ушла в большой отрыв. Сейчас разгоняют тяжелые частицы и хорошо проходят по энергиям в диапазоне от сотен ГэВ до, теперь уже, единиц ТэВ. Если бозон Хиггса существует, и если у него масса порядка 1 ТэВ (а масса и энергия в данном контексте – это одно и то же), то он, скорее всего, будет найден. Уровень порядка несколько ГэВ мировая наука проскочила, не затронув должным образом. И ИЯФ сейчас со своим комплексом ВЭПП4 с энергией 5-6ГэВ и новой машиной ВЭПП-2000, где энергия порядка 1 ГэВ, будет работать именно на этих энергиях. ВЭПП-2000, в частности, предназначен для проверки и уточнения некоторых положений стандартной модели. Энергия сталкивающихся частиц составит 2 ГэВ в системе центра масс, что достаточно для рождения пары нуклон-антинуклон, и позволит, в частности, измерить электромагнитный формфактор (распределение заряда) нуклонов.
- Какие у Вас есть профессиональные ожидания от LHC?
- Такие же, как у всех - чтобы нашли бозон Хиггса. Что именно найдут, подтвердят ли существование бозона Хиггса? Верной ли они идут дорогой? Но технически интересно и другое - представляете, что приобрел человек за последние пятьдесят лет? Сотовые телефоны, компьютеры, интернет, языки программирования, новые технологии, материаловедение и многое другое! 80% из названного своим существованием обязано физике высоких энергий. Где интернет родился, вы знаете. Само желание связать компьютеры в сеть появилось примерно в начале семидесятых. Но, несмотря на то, что компьютеры связывали в сеть, нормального протокола, где все было бы прозрачно и удобно, до конца восьмидесятых не было. Уже к концу восьмидесятых, когда в CERN ещё работал LEP, Large Electron Positron Collider (он стоял в том же тоннеле, где сейчас LHC) были достаточно большие детекторы, огромное количество результатов, которые надо было обрабатывать. Соответственно, тысячи компьютеров нужно было связывать в сеть. В восьмидесятых годах, когда переваривали этот объём информации, церновские сотрудники, пытаясь создать протокол обмена данными через сеть, придумали прототип World Wide Web. В начале девяностых идея получила развитие, и теперь у нас есть интернет, где зарабатываются триллионы долларов, где люди не могут мыслить себя без писем и общения друг с другом. Этим всем мир обязан не только CERN, но и физике высоких энергий. Так что уже этого достаточно, чтобы окупить все проекты в будущем. К тому же CERN всегда был пионером с точки зрения компьютерной безопасности, построения сетевых архитектур. Стоит глобальная задача, к которой нужно идти. Чтобы построить LHC и поддерживать его работу, нужны прикладные науки, нужно искать, искать и искать. Поэтому мы не знаем, чем полезным нам это обернется в следующие 50 лет.
- Чем же ещё может обернуться?
А вы думаете, сто лет назад, когда по телеграфу передавали информацию, человек не думал - "Куда уже дальше"? Чем именно обернётся, невозможно сказать, потому что мы пытаемся мыслить теми категориями, которые знаем. Но наши понятия лежат в другой плоскости, поэтому мы не можем сказать ничего определенного. У нас не хватает базисных векторов. Мы всё пытаемся натянуть на свои, знакомые нам, векторы. А речь идет о том, что в следующие пятьдесят лет появятся новые, и наше технологическое пространство станет ещё богаче. Поэтому я в первую очередь жду результатов такого рода, а не бозон Хиггса.
- Фотографии предоставлены Александром Ерохиным.
Близка разгадка тайны сверхпроводимости
Автор: Олег Нечай
Опубликовано 22 июля 2010 года
Американские физики приблизились к разгадке тайны сверхпроводимости – одного из самого многообещающего свойства некоторых веществ. Это открытие может революционным образом изменить современную систему энергетики – если учёные смогут создать сверхпроводники, работающие при температуре, близкой к комнатной.
Напомним, что представляет собой сверхпроводимость. Это явление открыл в далёком 1911 году голландский учёный Хейке Камерлинг-Оннес при исследовании свойств веществ при низких температурах – за эти исследования в 1913 году ему была присуждена Нобелевская премия по физике. В ходе экспериментов обнаружилось, что некоторые вещества, в частности, ртуть, олово, свинец и таллий, при охлаждении до температуры ниже 20 K (при температуре жидкого гелия, на 20 градусов Кельвина выше абсолютного нуля) полностью теряют электрическое сопротивление и могут проводить электрический ток без каких-либо потерь. При повышении температуры это явление исчезало – как и при воздействии сильных токов и магнитных полей. В общем приближении эффект сверхпроводимости объясняется довольно просто: направленному движению электронов в проводнике в обычном состоянии мешают случайные колебания атомов, а при уменьшении температуры эти колебания становятся меньше, и электроны встречают всё меньше препятствий на своём пути.
На протяжении последних двадцати лет учёные пытались выяснить, почему явление сверхпроводимости возникает лишь при температурах чуть выше абсолютного нуля. Было зафиксировано состояние так называемой псевдощели – диапазон температур, при котором сверхпроводники теряют свои свойства. При этом в веществе на молекулярном уровне происходят какие-то изменения, но до последнего времени все попытки установить характер этих явлений были неудачными.
Физики, работающие на Министерство энергетики США, возможно, нашли решение загадки. Экспериментируя со сверхпроводниками из оксида меди, учёные заметили изменения в поведении электронов, которые происходят только при прохождении псевдощелевого состояния. В частности, было отмечено, с какой лёгкостью электроны могут перепрыгивать из атомов меди и кислорода на иглу туннельного сканирующего микроскопа. Описание этого эксперимента было опубликовано 15 июля 2010 года в журнале Nature.
Оксид меди относится к так называемым высокотемпературным сверхпроводникам, открытым в 1986 году – эти вещества получают свойства сверхпроводимости при температуре около 90 градусов Кельвина – на 90 градусов выше абсолютного нуля. Представьте кристаллическую структуру оксида меди: повторяющиеся один за другим модули из атома меди в центре решётки, одного атома водорода над ним и одного – слева от него. В каждом таком модуле, по словам руководителя проекта Симуса Дэвиса, способность туннелирования электронов из "верхнего" атома кислорода значительно сильнее способности туннелирования электронов из "левого" атома.
Обнаружение такого явного нарушения симметрии имеет большое значение – в истории науки масса прецедентов, когда подобная асимметрия в корне меняла привычные представления об окружающем мире. К примеру, открытие асимметрий в жидких кристаллах позволило разработать способ управлять ими, благодаря чему были созданы широко распространённые сегодня жидкокристаллические экраны.
Специалисты рассчитывают, что обнаружение асимметрии кристаллической решётки в фазе псевдощели будет иметь не менее важное значение. В настоящее время продолжается поиск подобных нарушений симметрии в других сверхпроводниках из оксида меди. Одновременно учёные пытаются установить, каким образом эта ассимметрия влияет на движение электронов и, как это движение, в свою очередь, отражается на свойстве сверхпроводимости. Знание этого механизма позволит понять, как изготовить материалы, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью, то есть проявляющие нулевое электрическое сопротивление при комнатной температуре.
Сегодня для получения свойств сверхпроводимости требуются сложные системы охлаждения, что делает невозможным широкое применение сверхпроводников. Создание веществ, способных сохранять свойство сверхпроводимости без охлаждения до очень низких температур, будет иметь поистине революционное значение для технологий будущего. Использование таких материалов кардинально повысит эффективность энергораспределительных сетей и сделает энергетику завтрашнего дня значительно экономичней. Более того, возбуждённый в замкнутом контуре сверхпроводников ток может циркулировать по нему без потерь в течение миллионов лет, что отчасти было подтверждено ещё экспериментами Камерглинга-Оннеса, который в 1924 году смоделировал появление незатухающего тока в кольце из двух контактирующих сверхпроводников.
